在超高强度汽车钢仿真分析和成形时解决回弹问题

当您升级到更高强度等级的先进高强度钢 (AHSS/UHSS) 时 , 回弹控制成为您成形仿真分析、冲压工艺、甚至汽车零件的几何形状设计的重要考量因素。 本文介绍了 SSAB 最近举办的关于回弹的网络研讨会的主要亮点。

先进高强度钢/超高强度钢回弹类型

有两种类型的先进高强度钢/超高强度钢回弹:一种在成形过程中在圆角处发生 , 另一种在平面内发生 , 产生 " 侧壁卷曲 " 。 回弹量受钢的强度、杨氏模量和应变硬化影响。

在进行圆角应变仿真分析时 , 您不能仅使用成形极限图 – 它展示了钢的中间层 , 因此其值可能会非常低至 1% 或 2% 。 通过对所有层 ( 包括外层 ) 进行绘图 , 您可以发现塑性变形高得多 ( 如 11% 或更高 ) 。

为了将仿真分析的先进高强度钢/超高强度钢回弹结果与实际成型零件的扫描点云进行比较 , SSAB 开发了一个保险杠设计 , 用于测试不同的材料模型。 使用简单的 Hill 90 各向同性硬化模型 , 预测的保险杠回弹与实际成形的零件非常具有相关性。 使用 BBC2005 各向同性硬化模型 ( 与实际零件的相关性良好 ) 时也出现了类似的结果。 如果您使用随动硬化模型 , 则务必要记住 , 它们的参数将显著影响回弹行为:通过正确的参数 , 随动模型将提供与实际零件的良好相关性。 因此 , 在进行仿真分析时 , 对高强度的先进高强度钢/超高强度钢材料使用良好的测量数据尤为重要。

回弹类型

零件几何形状对回弹有重大影响。 例如 , 在对任一设计进行任何回弹补偿之前 , 单帽的轮廓具有比双帽的轮廓高得多的回弹 ( 侧壁卷曲 ) 。 这是因为双帽的圆角朝相反方向 , 所以回弹大致彼此 " 抵消 " 了。

如果使用双相 600MPa 或 800MPa 等先进高强度钢, 可以尝试拉伸零件侧壁 , 然后使用更小的圆角 , 从而更好地影响侧壁的变形 , 因此可以补偿单帽型面的回弹。 但是 , 在更高强度的千兆帕钢种 (1000MPa 或更高 ) 上 , 您需要另一种解决方案。 可以在模具内部安装一个滑块来改变成形方向 , 然后改变摩擦力 , 将零件的偏差从 超过 0.7mm 变为 0.5mm 以内。 " 回弹网络研讨会 " 播放了这个多步成形工艺的视频。

侧壁卷曲

用于评估纯折弯回弹的 SSAB BendCalc 应用程序和材料模型

SSAB 的手机应用程序 BendCalc 是第一款预测先进高强度钢/超高强度钢材料纯折弯回弹性的软件。 对它的设置包括选择 Docol®钢牌号、最终所需角度、几何形状、摩擦等级和其它设置条件。 BendCalc 可以从 App Store 或 Google Play 免费下载。

BendCalc 理论模型如下: 首先 , SSAB 在无摩擦条件下进行了折弯测试 , 类似于 VDA 238-100 折弯测试程序 , 以绘制压力与压下行程 ( 或位置 ) 的关系曲线。 然后将这些数据转换为横截面力矩和折弯角度 , 仔细记录折弯设置下的几何形状。

通过施加的预估力矩 ,也可以实时计算出零件翻边的弯曲夹角 - 以及钢板与凸模之间的接触角度。 所有这些角度各自影响先进高强度钢/超高强度钢的最终回弹量。 BendCalc 模型与 SSAB 大量的内部实际折弯测试具有良好的一致性 , 允许您输入您的几何结构 , 以估算回弹、行程长度、最大力和其它参数。

BendCalc 手机应用程序

通过推荐的模具牌号稳定先进高强度钢/超高强度钢成形

SSAB 在 HSS 的模具钢解决方案方面拥有 40 多年的经验。 我们的专业知识基于客户的实际生产成果 , 以及参与不同研发项目和长期研究。 请下载长达 40 页的《先进高强度钢模具解决方案手册》 , 以了解具体的模具钢建议。

在成形操作中 , 模具失效机制可能包括粘连、磨损和塑性变形 , 而落料操作也可能包括崩刃和开裂失效。 不使用最佳模具钢方案, 随着时间的推移 , 摩擦可能会增大 , 回弹效应增加 , 使零件超出公差范围。 另一个问题是在下料期间刀具崩刃, 导致切边质量不良 , 从而造成翻边时突然开裂的风险。

SSAB 为 Docol®先进高强度钢/超高强度钢的冲压模具钢提供了非常具体的指导 , 为防止变形 , 通常推荐模具表面硬度 ≥60 HRC 并进行表面处理 ( 涂层 ) 。 这些高性能模具钢最初的高成本将通过减少生产停工和模具翻新维护的成本得到抵消。

冲压高强度的先进高强度钢/超高强度意味着更高的压力和增加粘连的风险。 为确保稳定的摩擦条件,使用经过 PVD/CVD 涂层处理的模具钢做模具镶块。 在添加涂层之前 , 抛光过程至关重要。 将表面光洁度抛光至 Ra < 0.2 µm , 在关键区域低至 Ra0.05 µm 以避免开裂 、粘连和增加摩擦。

对于先进高强度钢/超高强度钢牌号的冷成型和落料 , 请考虑使用 SSAB 的 Toolox® 模具钢 , 这种钢具有通过 PVD 、激光、感应和氮化进行表面硬化的能力。 Toolox® 钢具有极高的微观纯净度,表面摩擦更小。高抗振性、高疲劳强度以及高抗崩刃和抗裂性,因此寿命极高 。

模具解决方案手册封面
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Docol® 先进高强度钢的 工模具解决方案

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